DE2136488A1

DE2136488A1 - Werkstoffzusammensetzung

Info

Publication number: DE2136488A1
Application number: DE19712136488
Authority: DE
Inventors: Kevin John Solihull; Sherrin Alan John Sutton Coldfield Warwickshire; Niderost (Großbritannien). M
Original assignee: Dunlop Holdings Ltd
Current assignee: Dunlop Holdings Ltd
Priority date: 1970-07-21
Filing date: 1971-07-21
Publication date: 1972-04-20
Also published as: CA963789A; ZA714502B; LU63578A1; FR2103110A5; GB1346997A; AU3108871A

Description

Werkstoffzusammensetzung

Die Erfindung "betrifft Werkstoffzusammensetzungen.

Gemäss der Erfindung ist eine derartige Zusammensetzung gekennzeichnet durch zwei oder mehr Grundmaterialien oder Grurdmassen, im folgenden als Grundgefüge "bezeichnet, die aus relativ steifem Material bestehen und von denen jedes wenigstens eine Art eines spröden Filaments oder Fadens enthält und weiterhin lässt sich die Zusammensetzung dadurch charakterisieren, dass die Grundgefüge mindestens teilweise mit einem relativ flexiblen Material ummantelt sind.

Vorzugsweise sind die Filamente in der Zusammensetzung ausgerichtet und zwar ist vorteilhafter Weise die Mehrzahl der Filamente in einer bestimmten Richtung ausgerichtet und die Einzelfäden liegen parallel zueinander. Auch ist es besonders günstig, wenn 90 % der Filamente innerhalb eines Bereiches von 5 % auf die gewünschte Richtung ausgerichtet sind.

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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Werkstoffzusammensetzung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Grundgefüge eines relativ steifen Materials oder eines Materials hergestellt wird, das in ein relativ steifes Material umwandelbar ist und wenigstens einen spröden Faden oder ein sprödes Filament enthält, dass wenigstens ein Teil des Grundgefüges mit einem relativ flexiblen Material ummantelt wird und dass wenigstens zwei Schichten dieses Grundgefüges zu einer Zusammensetzung vereinigt werden.

Fach Vereinigung der Grundgefüge zur Ausbildung der Zusammensetzung ist es im allgemeinen notwendig, diese Zusammensetzung zu verfestigen, was beispielsweise durch die Anwendung von Wärme und/oder Druck erreicht wird. Falls erwünscht, können die Grundgefüge durch eine gegebenenfalls aufgeheizte Matrize passieren gelassen v/erden. Dazu alternativ, kann die Verfestigung auch in einer Form erfolgen, die mit Wärme und/oder Druck beaufschlagt sein kann.

Weiterhin kann, falls erwünscht, die Zusammensetzung auch durch Aufwicklung auf eine Formvorrichtung entsprechend hergestellt oder ausgeformt werden, worauf dann die Verfestigung unter Anwendung von Wärme und/oder Druck erfolgt.

Die spröden Fäden oder Filamente werden aus einem Material hoher Festigkeit und geringer Dehnfähigkeit, beispielsweise aus Kohlenstoff bzw. einer Kohlenstofflegierung, Bor oder Glas hergestellt. Bevorzugt v/erden Fasern aus Kohlenstoff. Wird eine Mehrzahl von Filamenten verwendet, so können sie beispielsweise in Form eines Seils oder Taus, streifen-, folien- oder, plattenartig oder als Vorgespinst vorliegen.

Das relativ steife Material kann eines aus einer Vielzahl von Materialien, wie etwa Glas, Metall, beispielsweise Aluminium und Nickel oder dergleichen und aus Kunstharz bestehen. Das

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Kunstharz kann ein in der Wärme verfestigbares bzw. aushärtbares Harz oder ein kalt verfestigendes oder aushärtendes Harz sein.

Besteht das Grundgefüge aus einem wärmeaushärtbaren Harz, so kann dieses vor der Beschichtung oder Ummantelung mit dem relativ flexiblen Material zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit teilweise verfestigen bzw. aushärten oder vernetzen gelassen werden. Das Aushärten kann nach dem Ummanteln oder Umhüllen fortgesetzt oder abgeschlossen werden und kann während der Verfestigung des Grundgefüges erfolgen. Beispiele für . wärmeaushärtbare Harze, die sich vorteilhaft verwenden lassen, sind Phenol-, Epoxy-, Epoxy/Phenol-, Polyamid-, Polyimid, Amid-Imid-, Polyester- und Poly-Benzimidazol-Harze. Vorteilhafte Gewichtsverhältnisse von Filament zu dem relativ steifen Material liegen zwischen 80 : 20 und 20 : 80 vorzugsweise zwischen 60 : 40 und 4-0 : 60.

Das relativ flexible Material kann aus vulkanisierbarem Kautschuk oder Gummimaterial bestehen, beispielsweise Natur- oder synthetischem Kautschuk, wie etwa Polybutadien und Äthylen/ Propylencopolymeren. Das vulkanisierbare Material kann während der Verfestigung der Zusammensetzung aushärten oder verfestigen gelassen werden.

Dazu alternativ kann das relativ flexible Material auch ein thermoplastisches Material wie etwa Polypropylen, Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyester, Polyurethan oder Polyvinylacetat sein.

Der Unterschied zwischen dem relativ steifen Material und dem flexiblen Material lässt sich in geeigneter.Weise im Maßstab und den Ausdrücken des Young¹sehen Moduls verdeutlichen. Die Differenz kann innerhalb eines weiten Rahmens variieren, bei-

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spielsweise im Verhältnis 300 000 : 1 "bei der Verwendung von Nickel als steifem Material und einem sehr flexiblen Kautschuk als flexiblem Material. Besteht das steife Material aus Kunstharzen und als flexibles Material wird thermoplastisches Material verwendet, so kann diese Verhältnis etwa 3 : 1 betragen. Ein Epoxyharz und ein Äthylen/Propylen-Kautschuk ergibt im Ergebnis ein Young' sches Modul verhältnis von 1300 : 1.

Der Überzug aus relativ flexiblem Material kann auf das Grund-™ gefüge dadurch aufgebracht werden, dass dieses durch eine Lösung des flexiblen Materials passieren gelassen wird und anschliessend das Lösungsmittel, beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Luftofens entfernt wird. Das relativ flexible elastomere oder Kunststoffmaterial kann in Form einer durchgehenden oder auch einer diskontinuierlichen Bahn auf dem Grundgefüge vorliegen.

Werkstoffzusammensetzungen gemäss der Erfindung werden vorteilhafterweise dadurch hergestellt, dass ein Seil oder ein Tau aus relativ brüchigen oder spröden Fasern durch ein Bad eines wärmeverfestigbaren Harzes hindurchgelassen wird, v/orauf die imprägnierten Fasern zwischen einem Paar Druckrollen hindurchl'aufen, um das gewünschte Harz-zu-Faser-Gewichtsverhältnis zu erzielen. Das Harz kann dann teilweise ausgehärtet bzw. verfestigen gelassen werden, beispielsweise im Durchlauf durch einen Luftofen. Die so gewonnene Faser- und ,Harzanordnung wird dann mit einem relativ flexiblen Material beschichtet. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Faser-Harzanordnung durch eine Lösung einer Kautschukzusaiamensetzung hindurchgelassen wird. Die Zusammensetzung kann durch Verbindung und Verfestigung von zwei oder mehr beschichteten oder ummantelten Faser- Harz anordnung en gex^onnen werden.

Liegt die Werkstoffzusammensetzung gemäss dev Erfindung in Form eines Bandes, Bügels, Gebindes oder eines Reifens vor, so

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lässt sie sich vorteilhafterweise als Wulstdraht für Luftreifen verwenden.

Im folgenden w.ird eine bevorzugte Ausführungdform der Erfindung in beispielsweiser Darstellung bei der Herstellung eines derartigen Vulstdrahts näher erläutert.

Ein Seil oder Tau aus Kohlenstoffasern wurde durch ein Bad passieren gelassen, das Epoxyharz enthält, worauf ein Paar von Druckrollen oder Druckwalzen durchlaufen wird, so dass ein Harz-zu-Faser-Gewichtsverhältnis von 50 '· 50 erreicht wird. Das Epoxyharz wird dann teilweise dadurch aushärten gelassen, dass die Paser-Harzanordnung durch einen Luftofen hindurchgelassen und dann auf Aufnahmerollen geführt wird. Die so gewonnene Anordnung oder das soweit vorbereitete Werkstoffgebilde wird dann mit Äthylen-Propylenkautschuk dadurch beschichtet, dass es durch eine Lösung einer Äthylen-Propylenkautschukmischung hindurchgelassen wird. Das Lösungsmittel wird dann dadurch entfernt, dass die beschichtete Anordnung einen Luftofen durchläuft. Die so beschichtete Anordnung wird dann in einer Form zu einer Art Spule gewiekelt, wobei der Form die Gestalt eines Wulstdrahtes zugrundeliegt. Unter Anwendimg von Wärme und Druck wird dann der Wulstdraht verfestigen gelassen, so dass' das Harz und der Kautschuk miteinander vernetzt werden.

Bevorzugte -^usführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beispielshalber erläutert, wobei die

Figuren 1 bis 5 Querschnitte und Endansichten der erfindungsgemässen Zusammensetzung verdeutlichen.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen verschiedene mögliche Zusammensetzungen 12. Diese Zusammensetzungen 12 bestehen aus Grundgefügen 10 eines relativ steifen Materials, die jeweils min-

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destens eine spröde Filamentart enthalten. Die Grundgefüge sind wenigstens teilweise von einem relativ flexiblen Material 11 ummantelt.

Erfindungsgemässe Werkstoffzusammensetzungen zeigen verbesserte Flexibilitätseigenschaften, insbesondere in seitlichen Richtungen, ohne dass die Faserfestigkeit in Längsrichtung der Faser wesentlich abnimmt im Vergleich mit spröden FiIamenten, die nur mit einem hart- oder verfestigbaren Harz imprägniert worden sind.

Durch Überwachung der Lage und Dicke der Ummantelung ist es möglich, die Flexibilitätseigenschaften, die Sprödigkeit und die Dämpfungseigenschaften der erfindungsgemässen Werkstoffzusammensetzung zu verändern.

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Claims

EC 4862 · -

PATENTANSPRÜCHE

1. Werkstoffzusammensetzung, gekennzeichnet durch zwei oder mehr Grundgefüge (10) eines relativ steifen Materials, von denen jedes wenigstens ein sprödes Filament enthält und die mindestens teilweise mit einem relativ flexiblen Material (11) ummantelt sind.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, dass die Mehrzahl der Filamente in einer bestimmten Richtung ausgerichtet und im wesentlichen pa— rallel zueinander angeordnet sind.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass 90 °/° der Filamente in der Zusammensetzung innerhalb von 5 °/° der gewünschten Richtung ausgerichtet sind.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Young'sehen Moduls des relativ steifen Materials zu dem des relativ flexiblen Materials zwischen 300 000 : 1 bis 3 : 1 liegt.

5- Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spröden Filamente aus Kohlenstoff hergestellt sind.

6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, d a durch gekennzeichnet, dass die spröden Filamente aus Bor oder Glas hergestellt sind.

7. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das relativ steife Material ein Metall ist.

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8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gek., dass das relativ steife Material ein in der Wärme verfestigbares bzw. aushärtbares Harz oder ein kalt verfestigendes bzw. kalt aushärtendes Harz ist.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, d a d u r c h gek., dass das in der Wärme verfestigende Harz ein Epoxyharz ista

10. Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch g ek., dass das in der Wärme verfestigbare Harz ein Phenol-, Epoxy/

w Phenol-, Polyamid-, Pölyimid-, Aminimid-, Polyester-, oder Polybenzimidazol-Harz ist.

11. Zusammensetzung nach einem der vohergehenden Ansprüche, dadurch gek., dass das Gewichtsverhältnis des spröden Filaments zum relativ steifen Material zwischen 80 : 20 und 20 : 80 liegt. '

12. Zusammensetzung nach Anspruch 11,dadurch gek., dass das Gewichtsverhältnis des spröden Filaments zum relativ steifen Material zwischen 60 : 40 und 40 Γ 60 liegt.

13. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek., dass das relativ flexible Material ein natürlicher oder synthetischer Kautschuk oder Gummi ist.

14. Zusammensetzung nach Anspruch 15, dadurch gek., dass das Kautschuk- oder Guinmimaterial bei synthetischem Ursprung Polybutadien oder Äthylen/Propylencopolymer ist.

15. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gek, dasn das relativ flexible Material ein thermoplastisches Material ist.

16. Zusammensetzung nach Anspruch 15, dadurch gek.,

dass das thermoplastische Material Polypropylen, Polyäthylen,

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Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyester, Polyurethan oder PoIyvenylacetat ist.

I 17·/ Verfahren zur Heirstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 Ms 16, d a d u r c h gek., dass ein Grundgefüge eines relativ steifen Materials oder eines Materials, das in ein relativ steifes Material umwandelbar ist, hergestellt wird, das wenigstens ein sprödes Filament enthält, dass das Grundgelige wenigstens teilweise mit einem flexiblen Material ummantelt wird und dass dann wenigstens zwei Schichten des G-rundgefüges zu einem zusammengesetzten . Material vereinigt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, da d u r c h gek., dass das zusammengesetzte Material durch Anwendung von Wärme und/oder Druck verfestigt wird.

19. Verfahren nach Anspruch IJ₁ ,dadurch gek., dass das zusammengesetzte Material zur Verfestigung durch eine geheizte Matrize passieren gelassen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 17, d a d u r c h gek., dass das zusammengesetzte -Material in einer Form verfestigt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h gek., dass das zusammengesetzte Material durch Umwicklung einer Formvorrichtung und dann unter Anwendung von Wärme und/oder Druck verfestigt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, d a d. •gek., dass das Grundgefüge dadurch hergestellt wird, dass ein oder mehrere spröde Fäden bzw. Fasern durch ein Bad eines wärmeverfestigbaren Harzes passieren gelassen werden.

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23. Wulstdraht, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung nach-einem der Ansprüche 1 bis 17»

24. Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Wulstrand gemäss Anspruch 23 enthält.

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